第十讲聚合物基复合材料的成型工艺ppt课件.ppt
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1、复合材料复合材料聚合物基复合材料成型工艺聚合物基复合材料成型工艺复合材料复合材料聚合物基复合材料成型工艺聚合物基复合材料成型工艺本章教学目的:1. 了解复合材料各种成型工艺2. 掌握常用成型方法(手糊法、层压法、喷射法等)3. 了解模具及辅助材料4. 了解复合材料固化成型过程本章重点难点: 复合材料常用成型方法(需要的常用设备及主要工艺参数;复合材料固化成型过程)复合材料复合材料6.1 概述一、主要工艺过程第6章 聚合物基复合材料成型工艺生产准备湿法预成型(毛坯)固化脱模整修预浸料干法过程要求纤维均匀地按设计要求分布在制品各个部分;树脂适量、均匀地分布在制品各个部位,并适当固化;尽量减少气泡,
2、降低空隙率,提高制品的致密性;掌握所用树脂的工艺性能,制定合理的工艺规范。复合材料复合材料 聚合物基复合材料的制备大致可以分为聚合物基复合材料的制备大致可以分为4 4个步骤个步骤复合材料复合材料 聚合物基复合材料的工艺特点聚合物基复合材料的工艺特点 (1 1) 材料的形成与制品的成型是同时完成的材料的形成与制品的成型是同时完成的 该特点可实现大型制品一次整体成型,简化制该特点可实现大型制品一次整体成型,简化制品结构,并且减少组分零件和联接零件的数量,因而品结构,并且减少组分零件和联接零件的数量,因而减轻制片质量,降低工艺消耗和提高结构件使用性能减轻制片质量,降低工艺消耗和提高结构件使用性能 (
3、2 2) 复合材料的成型比较方便复合材料的成型比较方便 复合材料基体及增强材料的特点,可使得一些复合材料基体及增强材料的特点,可使得一些复合材料用廉价简易设备和模具,不用加热和加工工复合材料用廉价简易设备和模具,不用加热和加工工艺的方法,由原材料直接成型出大尺寸的制品。艺的方法,由原材料直接成型出大尺寸的制品。 一种复合材料可以采用多种方法成型,选择成一种复合材料可以采用多种方法成型,选择成型方法可根据制品结构的特点、用途、生产量、成本型方法可根据制品结构的特点、用途、生产量、成本以及生产条件的综合资料考虑,选择最经济和最简便以及生产条件的综合资料考虑,选择最经济和最简便的成型工艺的成型工艺复
4、合材料复合材料 复合材料制件的设计过程根据制品的要求选材(F、M)根据单向性能铺层设计根据材料的工艺性选择成型方法工装模具设计成型工艺实验复合材料复合材料复合材料复合材料复合材料复合材料二、成型工艺种类手糊成型真空袋压法成型压力袋成型树脂注射和树脂传递成型喷射成型层压成型模压成型缠绕成型热压罐成型复合材料复合材料三、成型工艺的选择产品外形构造和尺寸大小材料性能和产品质量要求生产批量大小及供应时间要求企业可能提供的设备条件及资金综合经济效益,保证企业盈利复合材料复合材料6.2 各种成型工艺方法简介一、定义第6章 聚合物基复合材料成型工艺 手糊成型又称接触成型,采用手工方法将纤维增强材料和树脂胶液
5、在模具上铺敷成型、室温(或加热)、无压(或低压)条件下固化,脱模成制品的工艺方法。手糊成型工艺工艺流程模具清理涂脱模剂涂胶衣胶液配制表面层制作织物剪裁增强层制作补强层制作固化脱模切边加工产品检验复合材料复合材料1) 1) 脱模剂、胶衣和纤维布2) 2) 倒树脂并赶匀。3) 3) 重复纤维布和树脂过程。4) 4) 固化手糊成型工艺示意图手糊成型工艺示意图复合材料复合材料复合材料复合材料复合材料复合材料特点优点:不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸大,批量 小,形状复杂产品的生产。设备简单,投资少,设备折旧费低。工艺简单。容易满足产品设计要求。制品树脂含量较高,耐腐蚀性好。缺点:生产效率低,劳动强度大
6、,卫生条件差。产品质量不易控制,性能稳定性不高。产品力学性能较低。复合材料复合材料二、原材料选择1. 增强材料无捻粗纱布(方格布):0.10.8mm变形性好,易被树脂浸透,易排除气泡,增厚效率高。加捻布(平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布)0.050.6mm表面平整、气密性好;价格贵、不易浸透树脂、增厚效果差玻璃布带;短切纤维;表面毡;短切毡 树脂浸透性好,气泡容易排除,变形性好,施工方便,制品含胶量高6080%,防渗效果好。复合材料复合材料2. 树脂1)要求粘度适宜,0.20.8Pa.S,对玻纤有良好浸润性;在室温下凝胶、固化,并且无低分子物产生;无毒或低毒;价格便宜,来源广泛。2)常用树脂:不
7、饱和聚酯、环氧树脂3)辅助材料稀释剂填料(降低成本,提高性能)触变剂(适用垂直面施工,活性SiO2)颜料(一般选用无机颜料,有机颜料影响固化)复合材料复合材料1. 原材料准备三、手糊工艺过程1)胶液配制胶液工艺性:胶液粘度、凝胶时间手糊工艺进行前,必须进行胶液凝胶时间试验。要使凝胶时间大于或等于所配胶液施工时间,否则手糊不能顺利进行。不饱和树脂配方(质量份)树脂:100份;过氧化甲乙酮:2份(引发剂);萘酸钴苯乙烯溶液:14份(促进剂,加入量与环境温度有关)复合材料复合材料2)增强材料准备玻纤布裁剪:圆环形制品玻布沿径向45剪裁复合材料复合材料2)增强材料准备玻纤布裁剪:圆锥形制品玻布裁成扇形
8、复合材料复合材料玻纤布裁剪圆环形制品圆锥形制品玻布沿径向45剪裁玻布裁成扇形布的拼接对接(表面质量要求高的产品)搭接3)胶衣糊准备可选用专用胶衣糊制作表面层,提高表面层质量(外观、性能)复合材料复合材料2. 糊制1)表面层(胶衣层、富树脂层)厚度:0.250.5mm,或300500g/m2涂刷(二遍,互相垂直):喷涂表面毡(材料)复合材料复合材料2)增强层 材料:玻璃布或短切毡拼接对接(注意对接缝错开)搭接二次固化拼接(d7mm,固化发热量太大,制品易变形或分层)特殊处理弯角或凹凸处:玻布剪开,压平 直角:先填触变树脂,然后糊制凸字:先用树脂浇注,然后糊制复合材料复合材料3. 固化(凝胶-定型
9、-熟化)固化方式常温固化:温度15 (2530);湿度80% (1530,824h)加热固化:烘箱、固化炉、模具加热、红外线加热 (6080,12h)固化度丙酮萃取法硬度法(巴氏硬度) 15复合材料复合材料4. 脱模:气脱、顶脱、水脱5. 后处理修整:除去毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷,钻孔装配:机械连接、胶接表面涂饰复合材料复合材料1. 胶衣起皱、龟裂、变色四、手糊制品缺陷及原因原因: 起皱 胶衣层太薄;固化剂不足;气温太低;胶衣层厚度不均;胶衣层固化不足龟裂 胶衣层太厚;固化时热量过大;固化剂用量过多;变色 固化剂用量过多;胶衣流挂;颜色分离;胶衣层厚度不均复合材料复合材料2. 制品收缩原
10、因:拐角处圆弧半径过小;脱模剂用量太多;制品局部厚度过大;胶衣层厚度不均,后固化加热不均复合材料复合材料3. 制品翘曲和变形原因:固化剂用量过大制品太薄;制品厚度不均匀或不对称;树脂集聚;脱模太早,树脂固化度不够;后处理过早或温度不均复合材料复合材料1. 符合制品尺寸、精度、外观要求2. 足够的刚度、强度、热稳定性3. 较小的热容量,有效利用热能;与制品热膨胀系数匹配4. 质量轻,便于搬运,维护方便一、模具基本要求模具与辅助材料复合材料复合材料木材;石膏;水泥;石蜡;泡沫塑料(不脱模内芯);可溶性盐(AlPO4(6070%)+NaCO3 (3040%) + NaBO2 (58%) ),80溶于
11、水;低熔点金属58%Bi+42%Sn,熔点135 ;玻璃钢金属:钢材、铸铝,不能用铜(铜盐可妨碍树脂固化)二、模具材料复合材料复合材料单模三、模具结构形式阴模(制品外表面光洁)阳模(制品内表面光洁)对合模制品双面光洁拼装模(组合模)大型模具,由小块模具拼装而成a.a.阴模示意图阴模示意图b.b.阳模示意图阳模示意图c.c.对模示意图对模示意图复合材料复合材料1. 脱模剂四、辅助材料油脂类:硅酯、黄油、凡士林、石蜡溶液类:聚乙烯醇(乙醇水溶液)薄膜类:PVC、PE、PA脱模剂要求:不腐蚀模具,不影响树脂固化,对树脂粘附力小;成膜时间短,成膜均匀、光滑;使用温度高于树脂固化温度;操作简便,使用安全
12、,价格便宜复合材料复合材料2. 隔离材料(保护复合材料不受污染):PVC、PA薄膜3. 透气材料、吸胶材料:玻璃布、吸胶纸、吸胶毡4. 真空袋材料:气球步、橡胶袋、尼龙薄膜5. 密封材料:胶条、胶带复合材料复合材料图图4-5 手糊玻璃钢制品举例手糊玻璃钢制品举例复合材料复合材料袋压成型 优点:仅用一个模具,就可得到形状复杂,尺寸较大,质量较好的制件,也能制造夹层结构件复合材料复合材料1. 过程一、真空袋成型制品毛坯真空袋密封抽真空固化制品2. 特征1)工艺简单,不需要专用设备;2)压力较小,最大为0.1MPa,只适用厚度1.5mm以下复合材料制品制品:大尺寸产品的成型,如制品:大尺寸产品的成型
13、,如船体、浴缸及小型飞机部件复合材料复合材料X-39机翼机翼 低成本树脂(LTM)基体材料:指在130-150下固化,特别是能在0.1MPa即真空压力下固化。复合材料复合材料二、压力袋成型压力为0.250.5MPa制品:制品:薄蒙皮、蜂窝夹层结构件复合材料复合材料复合材料复合材料三、真空袋-热压罐成型1. 热压罐组成罐体、真空泵、压气机、储气罐、控制柜用于先进复合材料结构复合材料复合材料复合材料复合材料2. 工艺过程 预浸料下料、 铺叠封装抽真空加热加压固化3. 真空封装材料铺叠顺序构成隔离、透胶、吸胶、透气系统复合材料复合材料真空封装材料的铺层顺序真空封装材料的铺层顺序复合材料复合材料加压作
14、用:压实预浸料,制备结构均匀、致密复合材料加压时机:粘流态与高弹态区间加压太早:树脂流失过多加压太迟:树脂已进入高弹态,树脂结构不致密3. 真空封装材料铺叠顺序加热预浸料熔融粘流态高弹态固化玻璃态复合材料复合材料流动模型:树脂流动特性热化学模型:树脂体系吸热、放热过程空隙模型:成型缺陷内应力模型:收缩应力、热应力3. 真空封装材料铺叠顺序专家系统:控制热压罐成型工艺过程固化模型复合材料复合材料4. 工艺参数固化温度、时间:取决于树脂体系和制件厚度;升温速率固化压力:排除过剩树脂,使制件密实;加压时机真空度:排除夹杂空气和挥发物复合材料复合材料1. 定义模压成型将复合材料片材或模塑料放入金属对模
15、中,在温度和压力作用下,材料充满模腔,固化成型,脱模制得产品的方法。2. 特点生产效率较高,制品尺寸准确,表面光洁,产品无需二次加工,易于机械化、自动化;模具设计制造复杂,压机及模具投资高,产品尺寸受设备限制,只适于大批量中小型制品。复合材料复合材料3. 工艺流程1)模压料估算模具预热涂刷脱模剂装模压制模压料称量预热脱模后处理检验制品)1 (VW:制品密度V:体积:物料损失系数(3%5%)复合材料复合材料2)确定工艺参数A. 温度装模温度:取决于模压料品种,制品结构和生产效 率(快速成型80以上,一般室温90 )升温速度:10 /h 30 /h最高模压温度固化温度(温度过低,固化不完全;过高,
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